ES2316914T3 - Metodo y sistema para localizar un abonado movil en un sistema de comunicaciones de cdma. - Google Patents
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Abstract
Estación basé que comprende: una pluralidad de antenas (881-88n), cada una de las antenas (881-88n) separadas por una distancia conocida; un medio para transmitir una primera señal de espectro expandido teniendo un primer código; un medio (66 1) para comparar una diferencia de fase de una señal portadora de una segunda señal de espectro expandido tal y como es recibida por cada una de la pluralidad de antenas; un medio (66 1) para determinar un ángulo de la segunda señal de amplio espectro recibida usando la distancia conocida entre las antenas y la diferencia de fase; la estación base caracterizada por el hecho de que comprende: un medio para recibir (1041), usando la pluralidad de antenas (88 1-88 n), la segunda señal de espectro expandido teniendo un segundo código, el tiempo de la segunda señal de espectro expandido estando sincronizado con la primera señal de amplio espectro; un medio (66 1) para hacer una determinación de la distancia basada en parte en una diferencia temporal entre el segundo código de la segunda señal de espectro expandido recibida y el primer código de la primera señal de espectro expandido transmitida de la estación base; un medio (661) para determinar una ubicación de una fuente de la segunda señal de espectro expandido usando el ángulo determinado y la determinación de distancia; y un medio (661) para analizar una respuesta de impulso de los componentes de trayecto múltiple de la segunda señal de espectro expandido para determinar un primer componente recibido de la segunda señal de espectro expandido y el primer componente recibido determinado se utiliza para determinar la distancia.
Description
Método y sistema para localizar un abonado móvil
en un sistema de comunicaciones de CDMA.
Esta invención se refiere en general a sistemas
de comunicación de acceso múltiple por división de códigos de
espectro expandido (CDMA). Más particularmente, la presente
invención se refiere a un sistema y método que determina la
ubicación geográfica de una unidad de abonado dentro de un sistema
de comunicación de CDMA.
Los sistemas inalámbricos capaces de localizar
un abonado son actualmente conocidos en el estado de la técnica.
Una técnica inalámbrica usa el sistema de posicionamiento global
(GPS). En el GPS, el microteléfono de comunicación recibe datos
transmitidos continuamente de los 24 satélites NAVSTAR. Cada
satélite transmite datos que indican la identidad del satélite, la
ubicación del satélite y la hora en la que el mensaje fue enviado.
El microteléfono compara la hora en la que cada señal fue recibida
con la hora en la que fue enviada para determinar la distancia para
cada satélite. Usando las distancias determinadas entre los
satélites y el microteléfono con la ubicación de cada satélite, el
microteléfono puede triangular su ubicación y proporcionar la
información a una estación base de comunicación. No obstante, la
incorporación de un GPS en una unidad de abonado aumenta su
coste.
Otra técnica de ubicación de abonado se describe
en la Patente U.S. nº. 5,732,354. Un teléfono móvil que usa acceso
múltiple por división de tiempo (TDMA) como interfaz aérea está
localizado en una pluralidad de estaciones base. El teléfono móvil
mide la potencia de la señal recibida de cada una de las estaciones
base y transmite cada potencia a cada estación base respectiva. En
un centro de conmutación móvil, las potencias de las señales
recibidas de las estaciones base son comparadas y procesadas. El
resultado da la distancia entre el teléfono móvil y cada estación
base. A partir de estas distancias se calcula la ubicación del
teléfono móvil.
Los sistemas de comunicación inalámbrica que
usan técnicas de modulación de espectro expandido están aumentando
su popularidad. En los sistemas de acceso múltiple por división de
códigos (CDMA), los datos son transmitidos usando un ancho de banda
amplio (espectro expandido) modulando los datos con una secuencia
de código chip seudoaleatoria. La ventaja obtenida es que los
sistemas de CDMA son más resistentes a la distorsión de señales y
frecuencias de interferencia en la vía de transmisión que los
sistemas de comunicación que usan las técnicas más comunes de
acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) o acceso múltiple por
división de frecuencia (FDMA).
Existe una demanda de un sistema de localización
de una unidad de abonado móvil preciso que use datos ya disponibles
en un sistema de comunicación de CDMA existente.
WO 98/18018 expone una estación base que tiene
dos antenas distanciadas. Los receptores acoplados a las antenas
proporcionan primeras y segundas señales recibidas con una
diferencia de fase que depende de una dirección del terminal móvil
con respecto a las antenas. La dirección determinada y la distancia
determinada de la potencia de la señal recibida se utilizan para
localizar un terminal móvil.
EP0865223 A2 expone una estación móvil que
recibe una primera secuencia de señales transmitida por una
estación base y transmite una segunda secuencia de señales en
sincronización con la primera secuencia de señales, para permitir a
una estación base estimar una posición de la estación móvil.
La presente invención proporciona una estación
base que comprende: una pluralidad de antenas, cada una de las
antenas separadas por una distancia conocida; un medio para
transmitir una primera señal de espectro expandido teniendo un
primer código; un medio para comparar una diferencia de fase de una
señal portadora de una segunda señal de espectro expandido cuando
es recibida por cada una de la pluralidad de antenas; un medio para
determinar un ángulo de la segunda señal de espectro expandido
recibida usando la distancia conocida entre las antenas y la
diferencia de fase; la estación base caracterizada por el hecho de
que comprende:
- un medio para recibir, usando la pluralidad de antenas, la segunda señal de espectro expandido teniendo un segundo código, el segundo tiempo de señal de espectro expandido estando sincronizado con la primera señal de espectro expandido;
- un medio para determinar la distancia basada en parte en una diferencia de sincronización entre el segundo código de la segunda señal de espectro expandido recibida y el primer código de la primera señal de espectro expandido transmitida de la estación base;
- un medio para determinar una ubicación de una fuente de la segunda señal de espectro expandido usando el ángulo determinado y la determinación de la distancia; y
- un medio para analizar una respuesta de impulso de componentes de trayectos múltiples de la segunda señal de espectro expandido para determinar un primer componente recibido de la segunda señal de espectro expandido y el primer componente determinado recibido se utiliza para determinar la distancia.
La invención determina la ubicación geográfica
de una unidad de abonado dentro de un sistema de comunicación de
CDMA. Al menos una estación base transmite una señal de espectro
expandido con una secuencia de código chip única para aquella
estación base. Una unidad de abonado recibe la señal de la estación
base y transmite una señal de espectro expandido con un único
tiempo de secuencia de código chip sincronizado con la secuencia de
código chip de la señal recibida de la estación base. La estación
base recibe la señal de la unidad de abonado y compara la secuencia
de código chip de la señal de unidad de abonado recibida con la
señal de secuencia de código chip transmitida por la estación base
para determinar la ubicación de la unidad de abonado.
Figura 1 es una ilustración de un sistema de
CDMA de la técnica anterior simplificado.
Figura 2 es una ilustración de un sistema de
CDMA de la técnica anterior.
Figura 3 es un diagrama de bloques de los
componentes más importantes en un sistema de CDMA de la técnica
anterior.
Figura 4 es un diagrama de bloques de los
componentes de un sistema de CDMA de la técnica anterior.
Figura 5 es una ilustración de una señal piloto
global y una señal piloto asignada siendo comunicada entre una
estación base y una unidad de abonado.
Figura 6 es un diagrama de bloques de una
disposición que usa al menos tres estaciones base.
Figura 7 es una ilustración de localización de
una unidad de abonado que usa al menos tres estaciones base.
Figura 8 es un diagrama de bloques que muestra
componentes usados en una unidad de abonado.
Figura 9 es una ilustración de localización de
una unidad de abonado que usa dos estaciones base.
Figura 10 es una ilustración de localización de
una unidad de abonado usando más de dos estaciones base.
Figura 11 es una ilustración detallada de
localización de una unidad de abonado usando una estación base con
múltiples antenas según la presente invención.
Figura 12 es una ilustración de localización de
una unidad de abonado usando una estación base con múltiples
antenas según la presente invención.
Figura 13 es un diagrama de bloques de una
disposición que usa múltiples estaciones base.
Figura 14 es una ilustración de trayectos
múltiples.
Figura 15 es un gráfico de una respuesta de
impulso típico de componentes de trayectos múltiples.
Figura 16 es un diagrama de bloques de una
disposición de corrección de trayectos múltiples.
La invención será descrita con referencia a las
figuras del dibujo donde los mismos números representan elementos
iguales.
En la Figura 1 se muestra un sistema de
comunicación de CDMA simplificado. Una señal de datos con un ancho
de banda dado es mezclada con un código de expansión generado por
un generador de secuencias de código chip seudoaleatorias que
produce una señal de espectro expandido digital. Tras la recepción,
los datos son reproducidos después de la correlación con la misma
secuencia de código chip seudoaleatoria usada para transmitir los
datos. Cada señal dentro del ancho de banda de transmisión aparece
como ruido para la señal que está siendo despropagada.
Para sincronizar la temporización con un
receptor se requiere una señal piloto no modulada para cada
transmisor. La señal piloto permite a los respectivos receptores
sincronizar con un transmisor dado, que permite la despropagación
de una señal de tráfico en el receptor.
En un sistema de CDMA típico, las estaciones
base envían señales piloto globales a todas las unidades de abonado
dentro de su rango de comunicación para sincronizar las
transmisiones en una dirección directa. Adicionalmente, en algunos
sistemas de CDMA, por ejemplo un sistema B-CDMA™,
cada unidad de abonado manda una única señal piloto asignada para
sincronizar las transmisiones en una dirección inversa.
La Figura 2 ilustra un sistema de comunicación
de CDMA 30. El sistema de comunicación 30 comprende una pluralidad
de estaciones base 36_{1}, 36_{2} ... 36_{n}. Cada estación
base 36_{1}, 36_{2} ... 36_{n} está en comunicación
inalámbrica con una pluralidad de unidades de abonado 40_{1},
40_{2} ... 40n, que pueden ser fijas o móviles. Cada unidad de
abonado 40_{1}, 40_{2} ... 40_{n} comunica con bien la
estación base más cercana 36_{1} o la estación base 36_{1} que
proporciona la señal de comunicación más fuerte. Cada estación base
36_{1}, 36_{2} ... 36_{n}, está en comunicación con otros
componentes del sistema de comunicación 30 como se muestra en la
Figura 3.
Una central local 32 está en el centro del
sistema de comunicaciones 30 y comunica con una pluralidad de
unidades de interfaz de red (NIUs) 34_{1}, 34_{2} ... 34n. Cada
NIU está en comunicación con una pluralidad de estaciones
portadoras de radio (RCS) 38_{1}, 38_{2} ... 38_{n} o
estaciones base 36_{1}, 36_{2} ... 36_{n}. Cada (RCS)
38_{1}, 38_{2} ... 38_{n}, o estación base 36_{1},
36_{2} ...36_{n} comunica con una pluralidad de unidades de abonado 40_{1}, 40_{2} ... 40_{n} dentro de su rango de comunicación.
36_{2} ...36_{n} comunica con una pluralidad de unidades de abonado 40_{1}, 40_{2} ... 40_{n} dentro de su rango de comunicación.
La Figura 4 representa un diagrama de bloques de
las partes pertinentes de un sistema de comunicación de CDMA de
espectro expandido existente. Cada estación base independiente
36_{1}, 36_{2} ... 36_{n} genera una única señal piloto
global que usa un medio generador de códigos chip pilotos globales
42_{1} y un medio de procesamiento de espectro expandido
44_{1}. El medio generador de código chip piloto global 42_{1}
genera una única secuencia de código chip seudoaleatoria. La única
secuencia de código chip seudoaleatoria es utilizada para extender
el ancho de banda de las señales resultantes tal como a 15 MHz como
se usa en la interfaz aérea B-CDMA™. El medio de
procesamiento de espectro expandido modula la secuencia de código
chip piloto global hasta una frecuencia central deseada. La señal
piloto global es transmitida a todas las unidades de abonado
40_{1} por el transmisor de la estación base 46_{1}.
Un receptor 48_{1} en una unidad de abonado
40_{1} recibe las señales disponibles de una pluralidad de
estaciones base 36_{1}, 36_{2} ... 36_{n}. Como se muestra en
la Figura 5, el piloto global 50_{1} viaja de la estación base
36_{1} a la unidad de abonado 40_{1} y puede ser representado
como:
El tiempo en el que la señal viaja de la
estación base 36_{1} a la unidad de abonado 40_{1},
\tau_{1}, es igual a la distancia entre la estación base
36_{1} y unidad de abonado 40_{1}, d_{1}, dividida por la
velocidad de la luz, c.
Haciendo referencia de nuevo a la Figura 4, un
medio de recuperación del código chip piloto global 54_{1} de la
unidad de abonado 40_{1} puede recibir secuencias de código chip
piloto global de una pluralidad de estaciones base 36_{1},
36_{2} ... 36_{n}. La unidad de abonado 40_{1} genera una
replica de una secuencia de código chip piloto global y sincroniza
el tiempo de la replica generada con el piloto global recibido
50_{1}. La unidad de abonado 40_{1} también tiene un procesador
82_{1} para ejecutar las muchas funciones de análisis de la unidad
de abonado 40_{1}.
La unidad de abonado 40_{1} genera una señal
piloto asignada 52_{1} usando un medio generador de código chip
piloto asignado 56_{1} y un medio de procesamiento de espectro
expandido 58_{1}. El medio generador de código chip piloto
asignado 56_{1} genera una secuencia de código chip seudoaleatoria
con sus señales de sincronización sincronizadas con la secuencia de
código chip piloto global recuperado. Como resultado, la secuencia
de código chip piloto asignado es retardada por \tau_{1} con
respecto a la estación base 36_{1}, 36_{2} ... 36_{n}. El
medio de procesamiento de espectro expandido 58_{1} genera la
señal piloto asignada 52_{1} modulando la secuencia de código
chip piloto asignada hasta una frecuencia central deseada. La señal
piloto asignada 52_{1} es transmitida a todas las estaciones base
36_{1}, 36_{2} ... 36_{n}, dentro del rango para recibir la
señal piloto asignada 52_{1}.
La estación base 36_{1} recibe la señal piloto
asignada 52_{1} con el receptor de la estación base 62_{1}. El
piloto asignado recibido 52_{1} viaja la misma distancia d_{1}
que la señal piloto global 50_{1} como se muestra en la Figura 5.
Por consiguiente, la señal piloto asignada recibida será retardada
por \tau_{1} con respecto a la unidad móvil 40_{1} y por
2\tau_{1}, con respecto al piloto global 50_{1} generado en
la estación base 36_{1}.
Puesto que la secuencia de código chip piloto
asignada 52_{1} recibida en la estación base 36_{1} será
retardada por 2\tau_{1} con respecto a la secuencia de código
chip de la señal piloto global 50_{1} generada en la estación base
36_{1}, el retardo de propagación del viaje de ida y vuelta,
2\tau_{1}, puede ser determinado comparando las señales de
sincronización de las dos secuencias de código chip. Usando el
retardo de propagación del viaje de ida y vuelta, 2\tau_{1} la
distancia d_{1} entre la estación base 36_{1} y la unidad de
abonado 40_{1} puede ser determinada por:
Si se usa una secuencia de expansión con una
velocidad chip de al menos 80ns y el sistema de comunicación tiene
la capacidad de rastrear 1/16º de un chip, la distancia d_{1}
puede ser medida en 2 metros.
La Figura 6 es un diagrama de bloques de una
disposición para localizar una unidad de abonado. No se requiere
ningún hardware adicional en la unidad de abonado 40_{1}. Los
únicos cambios son implementados por software en el procesador de
la unidad del abonado 82_{1} y los procesadores 66_{1}, 66_{2}
... 66_{n}, 68, 70_{1}, 70_{2} ... 70_{n} localizados en la
estación base 36_{1}, NIU 34_{1} o Central Local 32_{1},
Recintos 74_{1}, 74_{2} ... 74_{n} y Coordinador de
ambulancias 76.
Una estación base 36_{1} envía una señal a la
unidad de abonado 40_{1} indicando que se inició una llamada de
emergencia y para iniciar el protocolo de ubicación del abonado. Al
recibo, la unidad de abonado 40_{1} sincronizará secuencialmente
su secuencia de código chip de transmisión a las secuencias de
código chip de por lo menos tres estaciones base. Para permitir la
recepción por las estaciones base 36_{2}, 36_{3} ... 36_{n}
fuera del rango de comunicación normal del abonado estas
transmisiones serán enviadas a un nivel de potencia superior al
normal superponiendo temporalmente cualquier algoritmo de
adaptación de control de la potencia.
Un procesador 66_{1} dentro de cada estación
base 36_{1}, 36_{2} ... 36_{n} es acoplado al medio de
recuperación del código chip piloto asignado 64_{1} y el
generador de código chip piloto global 42_{1}. El procesador
66_{1} compara las dos secuencias de código chip para determinar
el retardo de propagación del viaje de ida y vuelta \tau_{1},
\tau_{2} ... \tau_{n} y la distancia respectiva d_{1},
d_{2} ... d_{n} entre la unidad de abonado 40_{1} y la
estación base respectiva 36_{1}, 36_{2} ... 36_{n}.
Usando la longitud y latitud conocidas de tres
estaciones base 36_{1}, 36_{2}, 36_{3} y distancias d_{1},
d_{2}, d_{3}, se determina la ubicación desde la unidad de
abonado 40_{1}. Como se muestra en la Figura 7 usando las tres
distancias d_{1}, d_{2}, d_{3} se construyen tres círculos
78_{1}, 78_{2}, 78_{3} con radios 80_{1}, 80_{2},
80_{3}. Cada círculo 78_{1}, 78_{2}, 78_{3} es centrado
alrededor de una estación base respectiva 36_{1}, 36_{2},
36_{3}. La intersección de los tres círculos 78_{1}, 78_{2},
78_{3} está en la ubicación de la unidad de abonado 40_{1}.
Usando las coordenadas Cartesianas, la longitud
y latitud correspondientes a cada estación base 36_{1}, 36_{2}
... 36_{n} es representada como X_{n}, Y_{n}, donde X_{n}
es la longitud e Y_{n} es la latitud. Si X, Y representa la
ubicación de la unidad de abonado 40_{1}, usando la fórmula de la
distancia se obtienen las siguientes ecuaciones:
\vskip1.000000\baselineskip
En la práctica debido a pequeños errores al
calcular las distancias d_{1}, d_{2}, d_{3} las ecuaciones 3,
4 y 5 no pueden ser resueltas usando álgebra convencional. Para
compensar los errores se utiliza una estimación de probabilidad
máxima para determinar la ubicación y es bien conocida por los
expertos en la técnica. Para mayor exactitud pueden utilizarse
estaciones base adicionales 36_{4}, 36_{5} ... 36_{n}, para
calcular distancias adicionales para la inclusión en el análisis de
estimación.
La ubicación de la unidad del abonado es enviada
a través del sistema de comunicación 30 a por lo menos un Recinto
74_{1}, 74_{2} ... 74_{n} y un Coordinador de ambulancias 76.
Un procesador 70_{1} dentro de cada recinto 74_{1}, 74_{2}
... 74_{n}, y el coordinador de ambulancias 76 recibe la ubicación
de todas las llamadas de emergencia que se originen en el sistema y
muestra la ubicación en un monitor de ordenador convencional
72_{1}. El monitor comprende un listado de todas las llamadas de
emergencia y direcciones en una mapa geográfico.
Un procedimiento alternativo reduce el número de
procesadores transmitiendo datos sin procesar a través del sistema
de comunicación 30 y procesando los datos sin procesar en un único
sitio.
La Figura 8 es otra disposición de un sistema de
ubicación. Al menos dos estaciones base 36_{1}, 36_{2} ...
36_{n} tienen sus señales de sincronización internas
sincronizadas entre sí y transmiten sus señales piloto globales
respectivas 52_{1}, 52_{2} ... 52_{n} con secuencias de código
chip sincronizadas con el tiempo. La unidad de abonado 40_{1}
recibe los pilotos globales 52_{1}, 52_{2} ... 52_{n}. No
obstante, los pilotos globales recibidos 52_{1}, 52_{2} ...
52_{n} no están sincronizados. El piloto global 52_{1} de una
primera estación base 36_{1} viajará la distancia d_{1} y es
retardada por \tau_{1}. El piloto global 52_{2} de una segunda
estación base 36_{2} viaja la distancia d_{2} y es retardada
por \tau_{2}. La unidad de abonado 40_{1} recupera cada
secuencia de código chip piloto global de la estación base con su
medio de recuperación de código chip piloto global 54_{1}. Un
procesador 82_{1} en la unidad de abonado 40_{1} es acoplado a
cada medio de recuperación de código chip piloto global 54_{1},
52_{2} ... 54_{n}. El procesador 82_{1} compara las
secuencias de código chip de cada par de secuencias de código chip
piloto y calcula las diferencias de tiempo \Deltat_{1},
\Deltat_{2}... \Deltat_{n} entre las secuencias de la
siguiente manera.
En la unidad de abonado 40_{1}, las secuencias
de código chip usadas por cada estación base 36_{1}, 36_{2} ...
36_{n} son almacenadas. Después de sincronizar con la primera
estación base piloto 36_{1}, el procesador 82_{1} almacenará el
lugar dentro de la sincronización donde se obtuvo la secuencia.
Este proceso es repetido para las otras estaciones base 36_{2},
36_{3} ... 36_{n}. El proceso de sincronización puede hacerse
secuencialmente (sincronizando a la primera secuencia de código
chip de la estación base, luego a la segunda, etc.) o en paralelo
(sincronizando a todas las estaciones base al mismo tiempo).
Usando la diferencia de tiempo relativo entre
\tau_{1}, \tau_{2}, ... \tau_{n} de cada secuencia de
código chip de la estación base y sabiendo que cada piloto de la
estación base fue enviado al mismo tiempo, con dos estaciones base
las diferencias de tiempo son calculadas como sigue:
Las diferencias de tiempo \Deltat_{1},
\Deltat_{2}... \Deltat_{n} son transmitidas a por lo menos
una de las estaciones base 36_{1}.
Al menos una estación base 36_{1} recupera los
datos de la diferencia de tiempo de las señales recibidas usando
medios de recuperación de diferencia de tiempo 84_{1}. Los datos
de diferencia de tiempo son enviados con los datos de distancia
d_{1} a través del sistema de comunicaciones a un procesador 68.
El procesador 68 determina la ubicación de la unidad de abonado
40_{1} usando los datos de diferencia de tiempo \Deltat_{1},
\Deltat_{2}... \Deltat_{n} y los datos de distancia d_{1},
d_{2} ... d_{n} de la siguiente manera.
Usando información de sólo dos estaciones base
36_{1}, 36_{2} como se muestra en la Figura 9, el procesador
usa las distancias d_{1}, d_{2} para crear dos círculos
78_{1}, 78_{2}. Usando la diferencia de tiempo, \Deltat_{1},
se puede construir una hipérbola 86_{1} de la siguiente
manera.
Todos los puntos a lo largo de la hipérbola
86_{1} reciben las señales piloto globales 52_{1}, 52_{2} de
las estaciones base sincronizadas 36_{1}, 36_{2} con la misma
diferencia de tiempo, \Deltat_{1}. La diferencia de tiempo
\Deltat_{1} puede ser convertida en una diferencia de distancia
\Deltad_{1} sustituyendo \Deltat_{1} por t_{1} y
\Deltad_{1} por d_{1} en la Ecuación 1. Usando la fórmula de
distancia y X, Y como la ubicación de la unidad de abonado
40_{1}, se obtiene la siguiente ecuación:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Usando la Ecuación 8 con las Ecuaciones 3 y 4 en
una estimación de probabilidad máxima, la ubicación puede ser
determinada desde la unidad de abonado 40_{1}. La ubicación de la
unidad de abonado es posteriormente enviada al recinto policial más
cercano 74_{1}, 74_{2} ... 74_{n}, y al coordinador de
ambulancias 76 en el área celular.
Para mejorar la exactitud se usan estaciones
base adicionales 36_{1}, 36_{2} ... 36_{n}. La Figura 10
muestra una disposición con tres estaciones base 36_{1}, 36_{2},
36_{3}. Las distancias d_{1}, d_{2}, d_{3} se utilizan para
crear tres círculos 78_{1}, 78_{2}, 78_{3}. Usando las
diferencias de tiempo \Deltat_{1}, \Deltat_{2} se construyen
dos hipérbolas que se interseccionan 86_{1}, 86_{2}. Con
estimación de probabilidad máxima se calcula la ubicación de la
unidad de abonado y con dos hipérbolas 86_{1}, 86_{2} y tres
círculos 78_{1}, 78_{2}, 78_{3} se obtiene una exactitud
mayor.
Como se muestra en la Figura 8, se requiere a la
unidad de abonado 40_{1} que procese cada secuencia de código
chip piloto global para determinar las diferencias de tiempo
\Deltat_{1}, \Deltat_{2}... \Deltat_{n}. Un
procedimiento alternativo elimina el procesamiento de la unidad de
abonado 40_{1}.
Con referencia a la Figura 6, la unidad móvil
40_{1} sincronizará el piloto asignado para una de las secuencias
de código chip piloto global de la estación base, tal como la
estación base vecina 36_{1} con un retardo de \tau_{1}. El
piloto asignado 50_{1} es transmitido a todas las estaciones base
36_{1}, 36_{2} ... 36_{n}. El piloto asignado 50_{1} será
recibido en cada estación base con un retraso respectivo,
\tau_{1} + \tau_{1}, \tau_{1} + \tau_{2},
\tau_{1} + \tau_{3}. Cada estación base 36_{1}, 36_{2}
... 36_{n} enviará la secuencia de código chip retardada con la
distancia calculada a un procesador 68 localizado en un NIU
34_{1} o central local 32. El procesador 68 calculará las
diferencias de tiempo \Deltat_{1}, \Deltat_{2}...
\Deltat_{n} comparando las secuencias de código chip piloto
asignadas recibidas. Puesto que todas las secuencias de código chip
piloto asignadas recibidas son retardadas por \tau_{1}, el
retraso \tau_{1} neutralizará las diferencias de tiempo
resultantes \Deltat_{1}, \Deltat_{2}... \Deltat_{n}. Por
consiguiente, la unidad de abonado 40_{1} puede ser localizada
usando hipérbolas 86_{1}, 86_{2} tal y como se ha descrito
anteriormente.
Una disposición mostrada en las Figuras 11, 12 y
13 usa una estación base 36_{1} con múltiples antenas 88_{1},
88_{2} ... 88_{n} según la presente invención. Dos de las
antenas 88_{1}, 88_{2} se encuentran a lo largo de una línea
central 92 a una distancia conocida, l, aparte como se muestra en
la Figura 11. Ambas antenas 88_{1}, 88_{2} reciben la señal
piloto asignada 90_{1}, 90_{2} de la unidad de abonado 40_{1}.
No obstante, la antena 88_{2} más lejos de la unidad de abonado
40_{1} recibe la señal a una distancia d_{1}' ligeramente mayor
y con un ligero retraso con respecto a la antena más cercana
88_{1}. Este retraso produce una diferencia de fase de la señal
portadora, \phi, entre las señales recibidas en cada antena como
se muestra en la Figura 13. Un procesador 66 que usa la diferencia
de fase de la señal portadora recibida y la secuencia de código chip
recuperada por cada medio de recuperación de código chip piloto
asignado 96_{1}, 96_{2} ... 96_{n} puede determinar la
ubicación de la unidad de abonado 40_{1} de la siguiente
manera.
Como se muestra en la Figura 12, la unidad de
abonado 40_{1} está localizada en la distancia d_{1} en el
ángulo \alpha de la línea central 92 de las antenas 88_{1},
88_{2}. Como se ha visto en la escala de la Figura 12 ambas
señales piloto asignadas recibidas 90_{1}, 90_{2} parecen
coincidir. No obstante, como se muestra en la Figura 11, las
señales piloto asignadas recibidas 90_{1}, 90_{2} están
ligeramente separadas. La señal piloto asignada recibida 90_{1}
que vuelve a la primera antena 88_{1} viaja una distancia
d_{1}. La señal piloto asignada recibida 90_{2} que vuelve a la
segunda antena 88_{2} viaja una distancia d_{1}' ligeramente
mayor. Como se muestra en la figura 11 la diferencia entre las dos
distancias d_{1}, d_{1}' es una distancia m.
Puesto que las distancias d_{1}, d_{1}'
entre las antenas 88_{1}, 88_{2} y la unidad de abonado
40_{1} son mucho más grandes que la distancia l entre las antenas
88_{1}, 88_{2}, ambas señales piloto asignadas recibidas
90_{1}, 90_{2} siguen trayectos aproximadamente paralelos.
Construyendo un triángulo recto usando un punto 94 que es la
distancia d_{1} desde la unidad de abonado 40_{1} como se
muestra en la Figura 11 se puede determinar el ángulo \alpha por
la siguiente relación geométrica:
La distancia m puede ser determinada usando la
diferencia de fase de la señal portadora, \phi, entre las dos
señales recibidas 90_{1}, 90_{2} como sigue:
La distancia m es igual a la diferencia de fase
entre las dos señales, \phi, en radianes multiplicada por la
longitud de onda de la señal, \lambda, dividida por 2\pi. La
longitud de onda, \lambda, puede ser derivada de la frecuencia
conocida f de la señal piloto asignada como sigue:
El procesador 68 también compara las secuencias
de código chip del medios generador de pilotos globales 42_{1}
con la secuencia de código chip piloto asignada recuperada para
determinar la distancia d_{1} como se muestra en la Figura 6.
Usando el ángulo \alpha y la distancia d_{1}, el procesador
66_{1} localiza la unidad de abonado 40_{1} usando geometría
simple. Hay muchas técnicas bien conocidas por los expertos en la
técnica para eliminar la ambigüedad entre localizaciones arriba y
debajo de las antenas 88_{1}, 88_{2}. Una de esas técnicas es
usar antenas que utilicen sectorización. Posteriormente, la
ubicación de la unidad de abonado es enviada a los recintos
74_{1}, 74_{2} ... 74_{n} y al coordinador de ambulancias
7_{6}. Se pueden usar antenas adicionales para mejorar la
exactitud del sistema.
Una disposición alternativa usa más de una
estación base 36_{1}, 36_{2}, ... 36_{n}. Un procesador 68
localizado en bien un NIU 34_{1} o la central local 32 recoge la
información sobre la distancia y el ángulo de más de una estación
base 36_{1},
36_{2} ... 36_{n} al igual que las diferencias de tiempo \Deltat_{1}, \Deltat_{2}... \Deltat_{n}, entre las estaciones base 36_{1}, 36_{2} ... 36_{n}. Usando la técnica de estimación de probabilidad máxima el procesador 68 determina una ubicación más precisa de la unidad de abonado 40_{1}.
36_{2} ... 36_{n} al igual que las diferencias de tiempo \Deltat_{1}, \Deltat_{2}... \Deltat_{n}, entre las estaciones base 36_{1}, 36_{2} ... 36_{n}. Usando la técnica de estimación de probabilidad máxima el procesador 68 determina una ubicación más precisa de la unidad de abonado 40_{1}.
Otra disposición corrige los trayectos
múltiples. La Figura 14 ilustra un trayecto múltiple. Una señal tal
como una señal piloto global es transmitida desde una estación base
36_{1}. La señal sigue una multitud de trayectos 98_{1},
98_{2} ... 98_{n} entre la estación base 36_{1} y la unidad
de abonado 40_{1}.
La Figura 13 es un gráfico que muestra la
respuesta de impulso 13_{6} de los componentes de trayecto
múltiple recibidos. Puesto que cada componente de trayecto múltiple
recibido viaja por un único trayecto, llega a un receptor con un
retardo de propagación determinado por la longitud del trayecto
98_{1}, 98_{2} ... 98_{n}. La respuesta de impulso 106
muestra la magnitud de la señal colectiva de todos los componentes
de trayecto múltiple recibidos en cada retardo de propagación.
Las técnicas de ubicación de la unidad de
abonado previamente descritas asumían que la unidad de abonado
40_{1} es sincronizada con la distancia del viaje d_{1} del
componente de trayecto múltiple del campo visual 98_{1}. No
obstante, si la unidad de abonado se sincroniza con un componente de
trayecto múltiple sin campo visual 98_{1}, 98_{2} ... 98_{n},
el cálculo de la distancia dará error debido al retraso MD1 como se
muestra en la Figura 15.
La figura 16 es un sistema que corrige los
errores producidos por el de trayecto múltiple. El piloto global
50_{1} es enviado de la estación base 36_{1} a la unidad de
abonado 40_{1}. La unidad de abonado 40_{1} recoge todos los
componentes de trayecto múltiple usando un receptor de trayecto
múltiple 102_{1} tal como está descrito en la solicitud de patente
U.S. nº. 08/669,769, Lomp et al., incorporada aquí como
referencia. Un procesador 82_{1} en la unidad de abonado 40_{1}
analiza la respuesta de impulso 100 de la señal piloto global
recibida 50_{1}.
Puesto que el componente de trayecto múltiple de
campo visual 98_{1} recorre la distancia corta d_{1}, el primer
componente recibido 98_{1} es el componente de campo visual. Si
el componente de campo visual no es recibido, el primer componente
recibido 98_{1} será el más cercano y, por consiguiente, el más
disponible para estimar el componente de campo visual. El
procesador 82_{1} compara la secuencia de código chip del primer
componente recibido 98_{1} con la secuencia de código chip usada
para sincronizar la secuencia de código chip piloto asignada. Esta
comparación determina el retraso debido al trayecto múltiple, MD1.
El retraso de trayecto múltiple, MD1, es transmitido a la estación
base 36_{1}.
Un procesador 66_{1} y receptor de trayecto
múltiple 104_{1} dentro de la estación base 36_{1} realiza el
mismo análisis en la señal piloto asignada recibida. Como resultado
se determina el retraso de trayecto múltiple, MD_{2}, de la señal
piloto asignada. Adicionalmente, el medio de recuperación del
retraso de trayecto múltiple 106_{1} recupera el retraso de
trayecto múltiple de la señal piloto global transmitida MD_{1}
para que el procesador 66_{1} lo use. El procesador 66_{1}
compara la secuencia de código chip piloto global generada con la
secuencia de código chip piloto asignada recuperada para determinar
el retardo de propagación del viaje de ida y vuelta 2 \tau_{1}.
Para corregir el trayecto múltiple, el procesador 66_{1} substrae
tanto el retardo de trayecto múltiple de la señal piloto global
MD_{1} como el retardo de trayecto múltiple de las señales piloto
asignadas MD_{2} del retardo dé propagación del viaje de ida y
vuelta calculado, 2\tau_{1}. El retardo de propagación del viaje
de ida y vuelta corregido se utiliza para determinar la ubicación
de la unidad de abonado en una de las técnicas tal y como se ha
descrito anteriormente.
Aunque la invención en parte ha sido descrita
haciendo referencia detallada a unas formas de realización
determinadas específicas, tales informaciones están destinadas a
ser instructivas y no restrictivas. Los expertos en la técnica
apreciarán que se pueden hacer muchas variaciones en la estructura
y modo de operación sin salir de la invención como ha sido descritas
en las presentes apreciaciones.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citada por el
solicitante es solamente para la conveniencia lector. No forma
parte del documento de patente europea. Aunque se hayan recopilado
las referencias con la mayor diligencia, la OEP no asume
responsabilidad alguna por eventuales errores u omisiones a este
respecto.
- \bullet US 5732354 A [0003]
- \bullet EP 0865223 A2 [0007]
- \bullet WO 9818018 A [0006]
- \bullet US 669769 A [0051]
Claims (2)
1. Estación basé que comprende: una pluralidad
de antenas (88_{1}-88_{n}), cada una de las
antenas (88_{1}-88_{n}) separadas por una
distancia conocida; un medio para transmitir una primera señal de
espectro expandido teniendo un primer código; un medio (66_{1})
para comparar una diferencia de fase de una señal portadora de una
segunda señal de espectro expandido tal y como es recibida por cada
una de la pluralidad de antenas; un medio (66_{1}) para
determinar un ángulo de la segunda señal de amplio espectro
recibida usando la distancia conocida entre las antenas y la
diferencia de fase; la estación base caracterizada por el
hecho de que comprende:
- un medio para recibir (1041), usando la pluralidad de antenas (88_{1}-88_{n}), la segunda señal de espectro expandido teniendo un segundo código, el tiempo de la segunda señal de espectro expandido estando sincronizado con la primera señal de amplio espectro;
- un medio (66_{1}) para hacer una determinación de la distancia basada en parte en una diferencia temporal entre el segundo código de la segunda señal de espectro expandido recibida y el primer código de la primera señal de espectro expandido transmitida de la estación base;
- un medio (66_{1}) para determinar una ubicación de una fuente de la segunda señal de espectro expandido usando el ángulo determinado y la determinación de distancia; y
- un medio (66_{1}) para analizar una respuesta de impulso de los componentes de trayecto múltiple de la segunda señal de espectro expandido para determinar un primer componente recibido de la segunda señal de espectro expandido y el primer componente recibido determinado se utiliza para determinar la distancia.
2. Estación base según la reivindicación 1
además caracterizada porque la primera señal de espectro
expandido es una señal piloto.
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